Bioplastiche per biometano: enzimi e tecnologia migliorano la gestione circolare dei rifiuti

La situazione in Medio Oriente e la chiusura dello Stretto di Hormuz hanno forti ripercussioni sul commercio di petrolio e prodotti petroliferi (il 25% circa del commercio mondiale di petrolio via mare passa dallo Stretto, rileva IEA) e implicazioni sull’export di GNL, per quasi il 20% del totale globale. Non solo: ha pesanti conseguenze sul commercio dei fertilizzanti.

Urgono alternative sostenibili e le bioenergie vengono in aiuto. In particolare, la produzione di bioenergia dalla Forsu (Frazione organica del rifiuto solido urbano) è un processo capace di generare biogas, biometano e compost.

L’umido domestico, però, contiene anche una percentuale di bioplastiche, come bicchieri, posate e borse, oltre a contaminanti come i sacchetti in plastica, erroneamente impiegati per conferire la frazione organica. Sul volume totale di Forsu, una percentuale significativa è costituita da sopravaglio, materiale che resta sulle maglie di separazione, finendo in discarica o nei termovalorizzatori a costi elevati, pur contenendo organico residuo e bioplastiche.

La ricerca e l’innovazione tecnologica vengono in aiuto attraverso uno specifico progetto italiano, che ha messo a punto una tecnologia innovativa che sfrutta soluzioni biotech per trattare le bioplastiche, in modo efficiente nei processi di digestione anaerobica, permettendo di convertire bioplastiche in biometano oltre a generare bioprodotti.

Un progetto a firma italiana per convertire bioplastiche in biometano

Il progetto in questione si chiama InnoDABio – soluzioni Innovative per ottimizzare la Digestione Anaerobica delle Bioplastiche nella frazione organica dei rifiuti urbani. È frutto di un lavoro congiunto tra università, ricerca e industria. I partner sono Università di Padova e BTS Biogas, oltre alla multiutility Etra e al supporto di Fondazione Cariverona.

Il percorso scientifico e tecnologico intrapreso e ai risultati ottenuti, ha condotto allo sviluppo di processi ingegneristici per separare la plastica fossile dalle bioplastiche. Inoltre, ha creato soluzioni enzimatiche d’avanguardia per depolimerizzare le bioplastiche a fine vita, consentendone una gestione efficiente tramite digestione anaerobica.

Si è partiti dal problema: la crescente penetrazione nella frazione organica dei rifiuti solidi urbani di bioplastiche. Pur essendo biodegradabili in contesti di compostaggio industriale, sono recalcitranti al trattamento di digestione anaerobica, limitando notevolmente la conversione delle bioplastiche in biometano. Inoltre, nella raccolta dell’umido sono presenti anche contaminanti, in particolare i sacchi in plastica fossile, usati per errore dai cittadini. Si arriva così a un importante quantitativo di sopravaglio, che contiene parecchio scarto organico, anche fino al 12% del volume totale di frazione organica dei rifiuti solidi urbani trattata. Questo volume si trasforma in un costo gestionale considerevole. L’esempio lo offre l’impianto Etra di Bassano del Grappa (Vicenza), che ha dimensioni simili a molti altri impianti regionali. Esso conferisce ogni anno in discarica più di 5mila tonnellate di sopravaglio con un costo superiore ai 900mila euro per il conferimento di questi rifiuti in discarica o a incenerimento.

Il ruolo degli enzimi biotech

Per trasformare il problema in un’opportunità è stato avviato InnoDABio. Come ha spiegato Lorenzo Favaro, docente del Dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali e Ambiente dell’Università di Padova, «grazie al lavoro congiunto tra team di ricerca e al know how aziendale e accademico», si è giunti a ideare e brevettare una soluzione ingegneristica e biotecnologica per trattare la Forsu, eliminando i contaminanti.

Grazie «all’ingegneria avanzata e soprattutto a biotecnologia microbica, siamo riusciti a sciogliere con specifiche “forbici molecolari” i biopolimeri delle bioplastiche a fine vita, sfruttando tutta la sostanza organica che altrimenti sarebbe stata conferita a titolo oneroso».

Si è scoperto che delle oltre 5mila tonnellate all’anno, solo il 6% è rifiuto di plastica fossile. Grazie alla tecnologia, «il 94% può essere convertito in biometano, digestato e compost di qualità», ottimizzando un processo di economia circolare.

Primo punto: caratterizzare e separare le bioplastiche

Tutto parte dall’umido domestico, in cui vengono conferite anche le bioplastiche biodegradabili e compostabili. Esse possono essere trattate con facilità in presenza di ossigeno, come nella produzione di compost.

Il problema può nascere dal fatto che, nel caso della digestione anaerobica, dove non c’è ossigeno, la loro degradazione può essere lenta e provocare problemi gestionali ai digestori. Inoltre, il flusso di rifiuti organici deve essere pretrattato al fine di eliminare i contaminanti della Forsu.

Il primo pilastro dell’attività di ricerca di InnoDABio, condotto dal team di ricerca guidato da Alessandra Lorenzetti, docente del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova, è di natura ingegneristica. L’obiettivo è stato caratterizzare in maniera mirata la composizione del sopravaglio.

Questo lavoro ha permesso di individuare le percentuali di organico (70% circa) e delle bioplastiche (30%). Di queste ultime si è appurato che solo il 6% è costituito da plastiche fossili.

Per sfruttare appieno tutto il potenziale dei polimeri green, «abbiamo compreso che le bioplastiche devono essere separate in maniera efficiente a livello industriale dalla frazione fossile», ha spiegato Lorenzetti. Per riuscirci, «ci si è concentrati su metodologie che sfruttano le tecniche della flottazione o della centrifugazione», giungendo così a mettere a punto opportuni metodi di separazione.

Ottimizzare lo scarto per convertirlo in biometano e bioprodotti

Il secondo pilastro del progetto InnoDABio è stato quello condotto dal team guidato dal professor Favaro, puntando su opportuni enzimi biotech.

Negli ultimi anni, ha spiegato il docente, «il gruppo di ricerca Waste to Bioproducts ha aumentato di 25 volte la velocità di depolimerizzazione enzimatica nei confronti di items come borse e posate in bioplastica» e ha dimostrato la tecnologia su scala rilevante (TRL 5-6) fino a reattori della capacità di 20-50L. Le bioplastiche a fine vita, «grazie alle soluzioni biotech che abbiamo sviluppato, vengono così convertite efficacemente bioplastiche in biometano e in altri bio-prodotti a valore aggiunto come acido lattico e bioetanolo».

Dall’impianto pilota al prossimo futuro

InnoDABio ha sviluppato, così, una tecnologia innovativa per la gestione del sopravaglio dei rifiuti urbani. Gli esperimenti hanno consentito di definire il set ottimale di parametri di processo che permette di massimizzare il tasso di idrolisi delle bioplastiche, ovvero il trattamento enzimatico per il riciclo delle bioplastiche.

Una volta selezionata la tecnologia più efficiente su scala di laboratorio, l’azienda partner BTS Biogas ha sviluppato un prototipo di impianto in continuo per testare su scala pilota il processo di conversione delle bioplastiche in biometano. Il reattore di 20L è stato testato in continuo, confermando l’efficacia degli enzimi e le performances produttive di biogas direttamente ottenute da sopravaglio e FORSU.

Come ha sottolineato Bettina Mueller, head of after sales di BTS Biogas, «il progetto va avanti, cercando le opportune strade di applicazione reale nella vita industriale. Da parte nostra, c’è l’interesse a supportare questa start-up perché portare anche queste innovazioni nei nostri processi significa ridurre gli sprechi, ottimizzare l’utilizzo delle risorse e sviluppare modelli sempre più sostenibili, sia dal punto ambientale che economico».

FAQ bioplastiche in biometano

Qual è l’elemento innovativo portato dal progetto InnoDABio?

InnoDABio ha caratterizzato in modo quali-quantitativo gli oggetti in bioplastica nei rifiuti urbani, ha sviluppato processi ingegneristici per separare la plastica fossile dalle bioplastiche e ha creato soluzioni enzimatiche d’avanguardia per depolimerizzare le bioplastiche a fine vita, consentendone una gestione efficiente tramite digestione anaerobica. Si tratta, quindi, di un nuovo concept di digestione anaerobica che prevede l’abbinamento di strategie ingegneristiche e biotecnologiche per minimizzare la presenza di frazioni estranee, accelerare l’idrolisi delle bioplastiche, aumentare la resa in biometano negli impianti e ridurre notevolmente i costi di esercizio.

Cosa sono le bioplastiche?

Le bioplastiche sono una famiglia eterogenea di materiali che possono essere di origine biologica (derivanti da risorse rinnovabili come mais, canna da zucchero o cellulosa), biodegradabili (decomposti da microrganismi) o entrambi. Sono progettate per offrire un’alternativa più sostenibile alle plastiche convenzionali derivate da combustibili fossili, riducendo l’impronta di carbonio.

Come si produce il biometano?

Tutto comincia col biogas, una miscela di metano, CO₂ e piccole quantità di altri gas, prodotta dalla digestione anaerobica di materia organica in un ambiente privo di ossigeno. Il biometano, fonte di metano quasi pura, viene prodotto tramite upgrading del biogas. Si tratta di un processo che rimuove la CO₂ e altri contaminanti presenti nel biogas. Un altro metodo per produrlo è attraverso la gassificazione della biomassa solida seguita dalla metanazione.

Quali sono gli obiettivi UE e italiani per la produzione di biometano?

Il programma europeo REPowerEU promuove l’utilizzo del biometano in contesti di circular economy da rifiuti solidi, mirando a produrre 35 miliardi di metri cubi di biometano entro il 2030. Anche l’Italia è chiamata ad aumentare la produzione di biometano della digestione anaerobica dei rifiuti urbani. Tra gli obiettivi PNRR si sono stanziati 1,92 miliardi di euro per migliorare l’utilizzo del biometano, una fonte di energia rinnovabile che si ottiene da biomasse agricole (cioè colture dedicate, scarti agricoli e organici), o agroindustriali (cioè scarti della lavorazione della filiera alimentare). L’obiettivo è “migliorare di 2,3 miliardi di metri cubi la produzione di biometano, che permetterebbe di ridurre l’utilizzo dei gas a effetto serra dell’80% e oltre” (Fonte: Italiadomani).

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